奈米银线与奈米碳管对氧化锌薄膜性质的影响研究生张志诚指导

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1、奈米銀線與奈米碳管對氧化鋅薄膜性質的影響研究生：張志誠指導教授：何志松、洪東興老師摘要本研究利用溶膠-凝膠法製備添加奈米銀線(AgNWs)或多壁奈米碳管(MWCNTs)之氧化鋅(ZnO)薄膜，觀察其表面性質、透明隔熱性質、介電性質的變化。結果發現AgNWs或MWCNTs的添加量對於不同濃度的ZnO薄膜之性質有顯著的影響。薄膜於200°C乾燥10分鐘，在空氣下經275°C燒結2.5小時。結果發現，未添加前的ZnO薄膜，在近紅外線遮蔽率皆在10%以下，可見光穿透率皆達80%以上。添加AgNWs後，近紅外線遮蔽率的範圍約10〜40%，可見光穿透率的範圍約40〜90%。添加MWCNTs後，近紅外線遮蔽

2、率的範圍約在15〜95%，可見光穿透率範圍約5〜85%。於室溫，在10MHz頻率下的介電常數與介電損失，0.9M的ZnO薄膜有最大的介電常數值1564.82，最低的介電損失值0.86。當添加莫耳比值為1/50的AgNWs於0.9MZnO薄膜，有最大的介電常數值1010.3；最低的介電損失值2.26。添加MWCNTs後的介電常數，當添加莫耳比值為1/10的MWCNTs於0.9MZnO薄膜有其最大的介電常數值4017.21；最低的介電損失值0.93。關鍵詞：溶膠-凝膠、ZnO、AgNWs、MWCNTs、透明隔熱、介電性質一、前言透明導電薄膜(transparentconductiveoxide,T

3、CO)，不外乎是具有高透明性(N80%)及高導電率(電阻值W10"Q/cm)的薄膜。因有這兩種特性，被廣泛應用於光電產品中，例如：平板顯示器、太陽能電池等。錮錫氧化物(indiumtinoxide,ITO)為目前應用最廣泛的透明導電薄膜材料，但錮為稀有金屬，價格昂貴且化合物有毒性，因此容易取得且低廉、不具毒性、容易摻雜的氧化鋅⑵ncoxide,ZnO)導電薄膜成為新研究的材料之一。ZnO薄膜具寬光學能隙(約3.37eV)，在UV波段有吸收的特性，在可見光波段有高穿透率。除此，在IR區域有高反射率的特性，可應用於透明隔熱材料上。在室溫下的ZnO薄膜近乎絕緣，具有壓電特性，在介電方面有其研究的價值

4、。二、文獻回顧2.1ZnO晶體結構氧化鋅⑵ncoxide,ZnO)的晶體結構，屬於六方晶系中，六方最密堆積(hexagonalclosedpacked,HCP)之纖維鋅礦結構(wurtizitestructure)»如圖2.1所示。其晶格常數a=3.25A‘c=5.207A，六方對稱結構，沒有對稱中心，有壓電特性，具c軸(002)優先成長的取向，這有利於薄膜單晶的成長°:c=5.207AIU=3.25A0原子0Zn原子圖2」ZnO晶體結構2.2ZnO薄膜的光學特性ZnO的光學能隙約3.37eV。一般當入射光能隙小於入射材料的能隙時，入射光便會穿透過去，所以ZnO薄膜在可見光波段有良好的穿透性。

5、當入射光波長縮短至紫外光波段時(約368nm以下)，穿透率會被ZnO薄膜吸收而驟降。ZnO薄膜內部的自由載子是以電漿狀態的形式存在，而有電漿頻率(plasmafrequency,么力)的特性，它會與入射光產生交互作用。當入射光頻率小於電漿頻率，則入射光會被反射；反之則會穿透；若入射光頻率等於電漿頻率，入射光會被吸收。ZnO薄膜的電漿頻率落在紅外光區(0.78〜1000〃m)，所以ZnO薄膜對於特定頻率範圍的紅外光應該有良好的隔絕效果。2.3ZnO薄膜的電學特性ZnO薄膜內部電傳導的主要來源是帶電自由載子，而帶電自由載子是由ZnO本質缺陷所造成的氧空缺(oxygenvacancies,V。)及間

6、隙型鋅原子(interstitialzinc,ZnO所提供，它們所產生的位置位在傳導帶的下方，形成深層予體能階(deepdonorlevels)°2.4奈米銀的基本性質與應用奈米銀在波長410nm附近有特定的光譜吸收峰，奈米銀與金屬銀一樣，擁有基本的特性，如導熱(導熱係數為429W/m・K)、導電性質，對紅外線的反射性能也很好等，把銀奈米化後，會使它的功能大幅增加，同時也因新功能的出現，連帶開發出許多奈米銀的新應用，如隱身隔熱塗料、觸媒、抗菌產品等。2.4.1隱身隔熱塗料由於奈米銀顆粒微小均一，使用一般塗佈法就可以使塗層達到紅外線反射效果，可製作熱反射鏡、隔熱薄膜等。銀薄膜對於遠紅外線有高反射

7、、低發射的性質，若把奈米銀直接噴塗覆蓋在高紅外線發射材料的表面上，可降低材料表面的紅外線輻射強度，使紅外線偵測器無法準確判斷是否為發熱源，而達到隱身效果，因此奈米銀有成為隱身塗料的潛力。2・5奈米碳管的基本性質奈米碳管(carbonnanotubes,CNTs)的結構，基本上是石墨的平面結構捲曲成管狀，奈米碳管一般分成單壁奈米碳管(single-wallcarbonnanotubes,SWCNTs